一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极及其制备方法，铜硅简单的球磨方法形成铜硅合金，结合有机膜的非溶剂致相分离法制备前驱体，通过粉末冶金的固相烧结法制备出具有一定韧性及机械强度的三维多孔铜硅膜，利用化学气相沉积法生长石墨烯和碳纳米管，通过控制温度，气体通入时间及乙炔的流量来控制石墨烯和碳纳米管的生长，最终制得铜硅碳复合一体化电极。三维多孔结构可以为循环过程中硅的体积膨胀提供充足的空间，而石墨烯和碳纳米管有较大的比表面积，可以形成稳定的SEI膜，可以防止电极材料的粉化及破碎，最终使得其保持稳定的电化学循环，具有广泛的实际应用意义。

【技术实现步骤摘要】
一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极及其制备方法
本专利技术属于三维多孔电极材料的研发和应用
，尤其涉及一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极，还涉及一种制备上述电极的方法。
技术介绍
目前阶段，由于锂离子电池相对于其他储能设备具有较多的优势，如高质量比容量和体积比容量，因此锂离子电池广泛应用于各种便携式电子设备中。用于与目前商业化锂离子电池的石墨是传统的负极材料，在充放电过程中只有约10％的体积膨胀，但其理论比容量较低，只有372mAhg-1，由于人们对于能源储存技术的需求逐渐增加，因此急需要研发具有高比容量的电极材料。许多具有较高能源存储容量的新型负极材料已经引起研究者们极大地研究兴趣，如硅(3579mAhg-1)、锡(944mAhg-1)等。相对于其它新型负极材料，硅表现出较大的优势由于其具有高的理论比容量、低的电压平台、无毒、低成本和含量高等优点。然而，在充电-放电过程中硅会发生大的体积膨胀(328％)，引发活性材料的破碎和粉化以及电极结构的破坏，最终导致容量的快速衰退，故严重的体积膨胀限制了其实际应用。目前阶段，研究者们提出了一系列解决硅体积膨胀及电极粉化的方案，如南京矽力源科本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)铜硅合金的制备：将干燥后的铜粉和硅粉按照体积比2∶1‑15∶1量取后倒入球磨罐中，然后按照球料比为10∶1称取干燥后的球磨珠倒入球磨罐中，倒入酒精没过球磨珠，然后在球磨机上球磨20‑80h后得到铜硅合金；(2)三维多孔铜硅膜前驱体的制备：将步骤(1)所制备的铜硅合金粉进行干燥，干燥后的铜硅合金粉与粘接剂聚丙烯腈倒入研钵中研磨均匀，然后加入溶剂N‑甲基‑2‑吡咯烷酮继续研磨直至形成均匀且粘度适宜刮膜的铸膜液；将制备的铸膜液倒在干燥的玻璃板上，用刮膜棒刮出平板膜后，放置于准备好的去离子水中让其进行溶剂‑分溶剂交换得到三...

【技术特征摘要】
1.一种三维多孔铜硅碳复合一体化电极的制备方法，其特征在于：包括以下步骤，(1)铜硅合金的制备：将干燥后的铜粉和硅粉按照体积比2∶1-15∶1量取后倒入球磨罐中，然后按照球料比为10∶1称取干燥后的球磨珠倒入球磨罐中，倒入酒精没过球磨珠，然后在球磨机上球磨20-80h后得到铜硅合金；(2)三维多孔铜硅膜前驱体的制备：将步骤(1)所制备的铜硅合金粉进行干燥，干燥后的铜硅合金粉与粘接剂聚丙烯腈倒入研钵中研磨均匀，然后加入溶剂N-甲基-2-吡咯烷酮继续研磨直至形成均匀且粘度适宜刮膜的铸膜液；将制备的铸膜液倒在干燥的玻璃板上，用刮膜棒刮出平板膜后，放置于准备好的去离子水中让其进行溶剂-分溶剂交换得到三维多孔铜硅膜前驱体；(3)三维多孔铜硅膜的固相烧结：a、多孔铜硅膜前驱体空烧，在空气中，采用2℃/min的升温速率升温至500℃并在最高温度保温1-5h，在此过程中粘结剂聚丙烯腈被高温分解去除，得到被氧化的多孔铜硅膜；b、对被氧化的多孔铜硅膜进行还原，在氢气气氛下，以10℃/min的升温速率升温至800℃并在最高温度保温1-5h，得到三维多孔铜硅膜；4)三维多孔铜硅碳复合一体化电极的制备：将步骤(3)所制备的三维多孔铜硅膜置于坩埚中...

【专利技术属性】
技术研发人员：康建立，关新新，王知常，张志佳，
申请(专利权)人：天津工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12